Бозон Хиггса и возникновение стандартной модели физики элементарных частиц в 1970-х годах.
На заре 1970-х идея массивного скалярного бозона как краеугольного камня единой теоретической модели слабых и электромагнитных взаимодействий еще не была закреплена в области, которая все еще училась жить с тем, что мы теперь знаем как стандарт. модель физики элементарных частиц. По мере того как различные прорывы десятилетия постепенно укрепляли эту теоретическую основу, поле Браута-Энглерта-Хиггса (БЭХ) и его бозон стали наиболее многообещающей теоретической моделью для объяснения происхождения массы.
В 1960-е годы поразительно мало цитировалось статей Шелдона Глэшоу, Абдуса Салама и Стивена Вайнберга по теории объединенных слабых и электромагнитных взаимодействий. Однако все изменилось в 1971 и 1972 годах, когда в Утрехте Джерард т Хофт и Мартинус Вельтман (бывший сотрудник ЦЕРН) доказали, что калибровочные теории, использующие механизм Браута-Энглерта-Хиггса для генерации масс калибровочных бозонов, перенормируемы. и, следовательно, математически непротиворечивы и могут использоваться для надежных и точных расчетов слабых взаимодействий . Этот прорыв получил широкую огласку в влиятельном выступлении Бенджамина Ли из Фермилаб во время конференции ICHEP, состоявшейся там в 1972 году, в которой он подробно говорил о «полях Хиггса».
Воодушевленная, в частности, теоретиками ЦЕРН Жаком Прентки и Бруно Зумино, коллаборация Gargamelle сделала приоритетом поиск взаимодействий слабых нейтральных токов в нейтринном пучке ЦЕРН, а их представитель Поль Мюссе представил первые прямые доказательства их на семинаре в ЦЕРНе по 19 июля 1973 г. Это первое экспериментальное подтверждение объединения электромагнитного и слабого взаимодействий вызвало большой интерес и пристальное внимание, но в течение нескольких месяцев было общепринято. Открытие нейтрального тока убедило физиков в том, что зарождающаяся стандартная модель находится на правильном пути. Бывший генеральный директор ЦЕРН Лучано Майани, которого цитирует статья CERN Courier за 2013 год, говорит об этом так: «В начале десятилетия люди обычно не верили в стандартную теорию, хотя теория сделала все. Сигналы нейтрального тока изменили это. С этого момента физика элементарных частиц должна была проверить стандартную теорию».
Следующий прорыв произошел в 1974 году, когда две экспериментальные группы, работавшие в Соединенных Штатах, под руководством Сэма Тинга в Брукхейвене и Берта Рихтера в SLAC, обнаружили узкий векторный резонанс, J/psi, с заметным распадом на лептон-антилептонные пары. Было предложено много теоретических интерпретаций, которые мы в CERN обсуждали по телефону на оживленных полуночных семинарах с Фредом Гилманом в SLAC (почти за 40 лет до Zoom!). Выигрышная интерпретация заключалась в том, что J/psi является связанным состоянием очарованного кварка и его антикварка. Существование этого четвертого кварка было предложено Джеймсом Бьоркеном и Шелдоном Глэшоу в 1964 г., а его использование для подавления изменяющих вкус нейтральных слабых взаимодействий было предложено Глэшоу, Джоном Илиопулосом и Майани в 1970 г. приглашенный ученый в ЦЕРН)
Затем внимание большинства теоретических и экспериментальных сообществ было привлечено к поиску массивных векторных бозонов W и Z, ответственных за слабые взаимодействия. Это послужило мотивом для строительства высокоэнергетических адронных коллайдеров и привело к открытию бозонов W и Z в ЦЕРН в 1983 году группой под руководством Карло Руббиа.
Однако Мэри К. Гайяр, Дмитрию Нанопулосу и мне в ЦЕРН казалось, что ключевой вопрос заключается не в существовании массивных слабых векторных бозонов, а скорее в существовании скалярного бозона Хиггса .это позволило стандартной модели быть физически последовательной и математически вычислимой. В то время количество работ по феноменологии бозона Хиггса можно было пересчитать по пальцам одной руки, поэтому мы решили подробно описать его феноменологический профиль, охватывающий широкий диапазон возможных масс. Среди механизмов образования, которые мы рассматривали, было возможное образование бозона Хиггса в ассоциации с бозоном Z, которое вызвало значительный интерес во времена LEP 2. Среди рассчитанных нами режимов распада бозона Хиггса была пара фотонов. Этот отличительный канал особенно интересен, потому что он генерируется квантовыми эффектами (петлевыми диаграммами) в стандартной модели.
Несмотря на наше убеждение в том, что что-то вроде бозона Хиггса должно существовать, наша статья заканчивалась предостережением, которое было несколько ироничным: «Мы приносим извинения экспериментаторам за то, что не знаем, какова масса бозона Хиггса… и за то, что не быть уверенными в его связях с другими частицами, за исключением того, что все они, вероятно, очень малы. По этим причинам мы не хотим поощрять большие экспериментальные поиски бозона Хиггса, но мы считаем, что люди, проводящие эксперименты, уязвимые для бозона Хиггса, должны знать как это может получиться».
Это предостережение было вызвано отчасти тем, что старшие физики того времени (нам с Дмитрием в то время было меньше 30 лет) смотрели на идеи, связанные с нарушением электрослабой симметрии и бозоном Хиггса, довольно предвзято. Тем не менее, с течением времени были обнаружены массивные W и Z, существование или отсутствие бозона Хиггса встало на повестку дня экспериментов, и не появилось никаких правдоподобных альтернативных теоретических предположений о существовании чего-то вроде бозона Хиггса. Экспериментаторы, сначала в LEP, а затем на Тэватроне и БАК, все больше внимания уделяли поиску бозона Хиггса как последнего строительного блока стандартной модели, кульминацией которого стало открытие 4 июля 2012 года.
